摘 要：隨著熱軋產(chǎn)線軋制品種、規(guī)格的拓展與軋制量、軋制節(jié)奏的提高，尤其到夏天，水處理B系統(tǒng)水溫很難滿足軋線軋鋼的需求，通過對(duì)影響冷卻塔冷卻效果因素的分析，就改善和提高冷卻塔冷卻效率提出改善設(shè)想和措施。

關(guān)鍵詞：冷卻效率；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；設(shè)備配置

1 冷卻塔的冷卻原理及基本構(gòu)造

冷卻塔是利用水與空氣的接觸，通過蒸發(fā)作用來散去工業(yè)上產(chǎn)生廢熱的一種設(shè)備。它的基本原理是：干燥（低焓值）的空氣經(jīng)過風(fēng)機(jī)的抽動(dòng)后，自進(jìn)風(fēng)網(wǎng)處進(jìn)入冷卻塔內(nèi)，飽和蒸汽分壓力大的高溫水分子向壓力低的空氣流動(dòng)，濕熱（高焓值）的水自配水系統(tǒng)灑入塔內(nèi)。當(dāng)水滴和空氣接觸時(shí)，一方面由于空氣與水的直接傳熱，另一方面由于水蒸氣表面和空氣之間存在壓力差，在壓力的作用下產(chǎn)生蒸發(fā)現(xiàn)象，帶走蒸發(fā)潛熱，使液態(tài)水溫度下降。蒸發(fā)傳熱帶走的熱量約占冷卻塔中傳熱的75%～80%。

冷卻塔塔體一般由上、中、下組成，其內(nèi)部構(gòu)造由上至下為風(fēng)機(jī)（指機(jī)械通風(fēng)流式冷卻塔）、收水器、配水系統(tǒng)、淋水填料，進(jìn)風(fēng)窗、底盤（或水池）組成。

熱軋產(chǎn)線B系統(tǒng)水處理配套循環(huán)水冷卻塔一組，由2個(gè)單元格組合，塔體主結(jié)構(gòu)為混凝土框架結(jié)構(gòu)，冷卻形式采用機(jī)械抽風(fēng)逆流散熱形式，采用槽、管式配水結(jié)構(gòu)，低壓噴頭布水，點(diǎn)滴填料吊掛布置散熱交換，塔芯構(gòu)件由國外某公司設(shè)計(jì)并承建。通過多年的運(yùn)行，其間也分步進(jìn)行過一些零星改造，冷卻塔整體冷卻性能還很難滿足設(shè)備工藝需求，隨著產(chǎn)能的擴(kuò)大，尤其到夏季更難滿足裝置工藝?yán)鋮s要求。

工藝參數(shù)（見表1）。

2 現(xiàn)狀與存在的問題

B系統(tǒng)循環(huán)水采用部分過濾和冷卻，流量約為總循環(huán)水量的38%。該循環(huán)水系統(tǒng)原冷卻塔單元格設(shè)計(jì)循環(huán)水量為2645m3/h（夏季設(shè)計(jì)氣象條件下運(yùn)行），進(jìn)塔水溫46℃，出塔水溫要求33.5℃，配用直徑8米玻璃鋼軸流風(fēng)機(jī)冷卻，雙速電機(jī)減速驅(qū)動(dòng)運(yùn)行，配置功率180/70KW，濕熱空氣由混凝土擴(kuò)散型風(fēng)筒排出塔外，冷卻后的循環(huán)水通過水泵送至下游工段，回水經(jīng)過過濾器等裝置到冷卻塔后循環(huán)利用。

能源車間夏季運(yùn)行管理規(guī)定中明確了B系統(tǒng)保持供水水溫小于等于38℃。如冷卻塔已全部投入運(yùn)行，供水水溫仍偏高，開啟補(bǔ)充冷卻水泵組，將泵池水送往冷卻塔增加系統(tǒng)冷卻。表2數(shù)據(jù)顯示了在開啟補(bǔ)充冷卻水泵組的前提下，兩臺(tái)冷卻塔風(fēng)機(jī)均投入高速運(yùn)轉(zhuǎn)，但是冷卻塔的出水水溫仍然有超過B系統(tǒng)生產(chǎn)工藝允許的最高水溫，層流段的冷卻對(duì)帶鋼卷取溫度有直接的影響。為了改善這種狀況，保障該塔組的正常高效運(yùn)行，有必要對(duì)B系統(tǒng)冷卻塔系統(tǒng)進(jìn)行完善和改造。

目前該組塔主要存在以下問題：（1）淋水填料空間布置方式不合

理，影響冷卻塔的汽水有效熱交換，冷卻塔熱力性能明顯降低，混凝土水槽內(nèi)散水噴口有雜物堵塞積聚，局部區(qū)域散水不均勻，支管系統(tǒng)噴頭部分通道不暢，散水效果欠缺。（2）采用懸吊式填料床，易發(fā)生懸吊鋼絲斷裂、掉片和在通風(fēng)過程中填料片擺動(dòng)，對(duì)氣場和流場的干擾很大，并會(huì)明顯減小氣水接觸面積。使水溫不能降到規(guī)定的溫度，甚至不能正常運(yùn)行。（3）老式槽管式配水系統(tǒng)，配水均勻性不足，對(duì)系統(tǒng)水力負(fù)荷的適應(yīng)性較弱，常年全天候運(yùn)行容易造成管道堵塞淤積。（4）冷卻塔風(fēng)機(jī)有高速和低速兩種運(yùn)行模式，其額定電流分別為335A和139A。根據(jù)09年09月份水處理操作運(yùn)行日志，整理、分析相關(guān)數(shù)據(jù)如圖1所示，兩臺(tái)風(fēng)機(jī)均在高速狀態(tài)下運(yùn)行，其電流僅達(dá)到額定電流的52%左右，而風(fēng)機(jī)宜調(diào)整控制在額定電流的80%左右，因此可以看出風(fēng)機(jī)尚未在高效區(qū)運(yùn)行，風(fēng)機(jī)出力不夠，導(dǎo)致進(jìn)塔空氣量不足，影響冷卻效果。（5）收水器阻力大（單片厚度大、間距過?。?、通風(fēng)不良，飄水率高，也對(duì)冷卻塔的冷卻效率產(chǎn)生不良影響。

綜上所述，該塔組已成為該工段產(chǎn)能提升的瓶頸問題。為了改善這種狀況，保障該塔組的正常高效運(yùn)行，有必要對(duì)B系統(tǒng)冷卻塔系統(tǒng)進(jìn)行完善和改造。影響冷卻塔處理能力的因素主要有冷卻塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)備配置、大氣溫度、處理水量及生產(chǎn)回水溫度，在確保生產(chǎn)需求的情況下，冷卻塔處理能力的改善只有從冷卻塔本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及設(shè)備配置情況方面進(jìn)行改進(jìn)。

3 具體改進(jìn)措施設(shè)想

3.1 增設(shè)導(dǎo)風(fēng)裝置-導(dǎo)流圈

導(dǎo)風(fēng)裝置即導(dǎo)流圈的材質(zhì)為玻璃鋼，結(jié)構(gòu)形式為玻璃鋼底板加筋結(jié)構(gòu)。它的基本原理是：由于塔內(nèi)風(fēng)速較高，較小的風(fēng)筒導(dǎo)入口可使冷卻塔上部氣室四角產(chǎn)生較大渦流區(qū)，設(shè)計(jì)中采用依均勻流方程為收縮型線的導(dǎo)流圈，可使渦流區(qū)現(xiàn)象大大改善，塔內(nèi)氣流流場得以改觀。

未采用導(dǎo)流圈時(shí)，填料段斷面風(fēng)速分布不易均勻，邊角地區(qū)存在無風(fēng)通過的現(xiàn)象。增設(shè)導(dǎo)流圈后，可改善塔內(nèi)氣流流場，使塔內(nèi)氣流重新分布，邊角地區(qū)填料被有效利用，從而，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與配置的角度提高了冷卻塔的冷卻能力。

3.2 根據(jù)理論和冷卻塔實(shí)際情況，核算系統(tǒng)風(fēng)量情況

根據(jù)實(shí)際運(yùn)行風(fēng)量對(duì)冷卻塔進(jìn)行運(yùn)行模式和設(shè)備設(shè)置調(diào)整，達(dá)到高效運(yùn)行的目的，冷卻塔風(fēng)量計(jì)算如下：

對(duì)于冷卻塔風(fēng)機(jī)風(fēng)量測試，根據(jù)現(xiàn)場條件，具體方法如下：用大氣壓力計(jì)測量試驗(yàn)環(huán)境的大氣壓Pa；用TESTO480測試儀和溫濕度探頭測量介質(zhì)的溫度t、相對(duì)濕度RH，確定當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Γ辉陲L(fēng)機(jī)系統(tǒng)管道上確定測量截面，測量截面尺寸，求得截面面積A；按切貝切夫法對(duì)截面進(jìn)行測點(diǎn)分布；皮托管測量各測點(diǎn)的動(dòng)壓Pd，計(jì)算出各測點(diǎn)的流速Vi（或用風(fēng)速儀直接測量各測點(diǎn)流速Vi）。

3.3 調(diào)整風(fēng)機(jī)角度使風(fēng)機(jī)運(yùn)行效能提高，出風(fēng)量增加，提高汽水比

當(dāng)葉輪直徑不變的條件下，增加葉片個(gè)數(shù)、增加葉片角度或提高葉輪轉(zhuǎn)速，均可使通風(fēng)機(jī)風(fēng)量增加，風(fēng)壓提高。因此我們可對(duì)葉片角度進(jìn)行重新校核、調(diào)整，提高冷卻塔冷卻效果。目前，B系統(tǒng)冷卻塔風(fēng)機(jī)葉片角度設(shè)計(jì)允許為9～15度。調(diào)整方式：將角度尺調(diào)到設(shè)定的角度，然后把咫尺放在葉片對(duì)應(yīng)的測量位置上，再把角度尺放在咫尺上，松開葉片與輪轂連接螺栓，轉(zhuǎn)動(dòng)葉片，使角度尺上的氣泡在中間位置即可（注意：葉片根部與葉尖應(yīng)盡量保持水平）。用力矩扳手?jǐn)Q緊螺栓，緊固每個(gè)葉片的四個(gè)螺栓必須按“對(duì)角、對(duì)稱”的擰緊原則分三步逐步擰緊，在擰緊過程中葉片必須保持水平，最后達(dá)到220～250N·M的力矩。葉片安裝角允許誤差為±30'。風(fēng)機(jī)各葉片的高度差要求其互差不超過30mm，與風(fēng)筒內(nèi)壁間隙應(yīng)均勻。

根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際情況，以及系統(tǒng)進(jìn)出水水溫合理調(diào)整冷卻塔風(fēng)機(jī)葉片運(yùn)行角度，目前將風(fēng)機(jī)葉片運(yùn)行角度由原來的10度調(diào)整到13度。

3.4 配水系統(tǒng)

配水系統(tǒng)既要求布水均勻，又要能保證全天候安全運(yùn)行，確保長期運(yùn)行無需清理，實(shí)現(xiàn)這一目的的關(guān)鍵就是噴頭的布置及噴淋方式。所以可以考慮將配水管線采用全管式環(huán)狀管網(wǎng)布置，并設(shè)置平衡管，從而保證管路各部分水壓力均勻，同時(shí)，管道采用增強(qiáng)型PVC-U材質(zhì)，該材質(zhì)具有水流阻力小的特點(diǎn)可以減少水中污物在管道中的沉淀，配水管大管徑、低流速的設(shè)計(jì)，可使系統(tǒng)配水阻力達(dá)到僅為0.2mH2O。且在設(shè)計(jì)中可在主配水管下方設(shè)直徑為100mm的出口，主管及支管下部裝有噴頭，采用三濺式防松噴頭（該噴頭布水均勻，工作壓力低，出口正常工作壓力僅為0.6mH2O，壓力適應(yīng)范圍大，不易堵塞，由于其帶有經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的鎖緊防松裝置，可使其與布水管連接牢固，不脫落，可保證配水系統(tǒng)長期安全運(yùn)行。噴淋，保證配水系統(tǒng)最低點(diǎn)均有泄水點(diǎn)，以防設(shè)備停運(yùn)時(shí)管道積水和運(yùn)行時(shí)管道污物沉淀。適當(dāng)收縮塔內(nèi)噴頭布置，減少濺灑到塔壁上的水量，大大減少冷卻塔的壁流量。

3.5 淋水填料

濁環(huán)水冷卻塔采用GZ650×650×30型格柵填料，即填料片單片規(guī)格為650×650mm，濁循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的格柵填料采用點(diǎn)滴工作原理，在有效的淋水空間內(nèi)，交錯(cuò)排布的填料層將淋水濺散成無數(shù)小水滴，增加水與空氣的接觸面積，水氣進(jìn)行充分熱交換，通暢的氣流空間使通風(fēng)阻力更小。

3.6 收水器

收水器可采用某公司SJ型高效低阻加筋弧形收水器，收水器采用改性PVC材料，在片料中添加進(jìn)口碳黑等改性劑，機(jī)制擠拉成型。在收水弧面上設(shè)置有阻水筋，阻水筋可有效阻止水滴在收水弧面上的涎流，避免了弧形收水器形成二次飄水現(xiàn)象，從而使收水效率（以循環(huán)水量計(jì)）較常規(guī)收水器提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，可降低到0.001%以下。

3.7 加強(qiáng)維護(hù)力度

由于 B系統(tǒng)自89年投產(chǎn)運(yùn)行至今，設(shè)備銹蝕老化，性能降低，配水不均勻?qū)е屡渌芑驀娮旖Y(jié)垢而堵塞，對(duì)此，我們可以采用定期對(duì)配水槽進(jìn)行清理，對(duì)配水管道進(jìn)行防腐，對(duì)損壞的噴嘴及時(shí)進(jìn)行更換，同時(shí)加強(qiáng)日常巡檢工作，確保系統(tǒng)穩(wěn)定順暢運(yùn)行。

4 實(shí)施后效果

4.1 同等風(fēng)量下風(fēng)機(jī)運(yùn)行電流明顯下降

于2015年7月1日正式投入，對(duì)冷卻塔風(fēng)機(jī)電機(jī)電流進(jìn)行了專業(yè)測試（檢測公司提供專業(yè)報(bào)告）：

4.2 同等氣溫條件下，送水溫度下降明顯，冷卻效率明顯提高

發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)水溫檢測數(shù)據(jù)波動(dòng)很小，在氣溫較高的夏季也沒有出現(xiàn)水溫超標(biāo)的現(xiàn)象（標(biāo)準(zhǔn)要求小于38℃），效果良好。

5 結(jié)束語

影響冷卻塔的冷卻性能的因素諸多，除了減少并穩(wěn)定氣場、流場的渦流區(qū)外，我們還應(yīng)該從冷卻塔自身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)備配置做出相應(yīng)地改善措施。除此之外，我們要加強(qiáng)日常的管理、維護(hù)工作，適時(shí)地監(jiān)控和了解設(shè)備狀態(tài)，通過改進(jìn)措施解決冷卻塔冷卻能力不足的現(xiàn)狀。

作者簡介：楊翠平（1980-），男，上海人，苗族，現(xiàn)職稱：工程師，學(xué)歷：大學(xué)本科，研究方向：工業(yè)水處理。